碰撞中座椅头枕与人体颈部作用关系研究

论文摘要

随着交通事故造成的经济损失的加剧以及残疾人口和不幸家庭数量急剧上升,汽车被动安全问题引起了世界各国的高度重视。颈部损伤生物力学是汽车被动安全中的重要研究内容。颈部是汽车碰撞中最常见的损伤部位,大约90%的后碰撞损伤是颈部损伤。颈部损伤的高发生率和经常造成的长期症状,使患者承受巨大的痛苦,给社会和家庭带来了巨大的经济损失。本论文的目的是通过研究座椅头枕参数在碰撞过程中对颈部损伤的影响,为座椅的设计提供合理、有效的参考。本论文基于HYPERMESH及LS-DYNA有限元仿真软件,采用虚拟仿真研究为手段,通过有限元方法对整车碰撞过程进行仿真分析,利用有限元模型研究座椅头枕设计参数在碰撞过程中对颈部损伤的影响。本文详细叙述了车辆碰撞的基本理论和有关算法,主要包括：有限元思想、碰撞过程描述基本方程、结构单元、接触算法及时间积分算法等。并以某车型为例,在前处理器HYPERNESH中建立整车碰撞以及车辆.乘员约束系统集成的有限元模型。包括：几何模型简化、点焊和螺栓连接的处理、网格的划分、假人模型的调用与定位、安全带模型的建立、载荷的施加以及接触的定义等。然后通过LS-DYNA对建立的车辆正面碰撞模型进行分析、验证。最后通过建立含假人及其约束的整车后碰撞有限元模型,对座椅头枕的不同参数提出相应的方案,并对其进行仿真分析。通过对不同方案进行分析、比较,找出头枕设计参数对颈部损伤影响的趋势。从而对座椅的设计进行改善,减小乘员受伤的几率、减轻乘员颈部的损伤的程度。本文研究结果对提高车辆座椅的保护功能,降低碰撞对人体颈部的损伤程度,保护人体安全具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的社会背景和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 目前实车碰撞测试主要依据
• 1.2.2 我国汽车碰撞安全法规
• 1.3 汽车被动安全性研究的内容
• 1.3.1 车身结构的耐撞性研究
• 1.3.2 人体碰撞生物力学研究
• 1.4 汽车被动安全性研究方法
• 1.4.1 试验研究
• 1.4.2 计算机仿真研究
• 1.5 颈部损伤机理
• 1.5.1 颈部损伤机理的重要意义
• 1.5.2 颈部损伤研究发展历程
• 1.6 颈部损伤的评价标准
• 1.6.1 颈部损伤准则（NIC）
• 1.6.2 颈部损伤预测值
• 1.6.3 颈部损伤临界值
• 1.7 本课题的主要内容
• 第2章 车辆碰撞的基本理论
• 2.1 有限元基本思想
• 2.2 碰撞过程描述基本方程
• 2.2.1 动量、质量、能量守恒方程
• 2.2.2 边界条件
• 2.2.3 本构方程
• 2.3 汽车碰撞仿真分析中的结构单元
• 2.3.1 壳单元在汽车碰撞仿真分析中的应用
• 2.3.2 刚性单元在车架分析中的应用
• 2.4 时间积分算法
• 2.4.1 显式中心差分法
• 2.4.2 中心差分算法的稳定性
• 2.5 碰撞过程中的接触算法
• 2.5.1 接触算法介绍
• 2.5.2 LS-DYNA中处理碰撞的接触算法
• 2.6 本章小结
• 第3章 汽车碰撞有限元模型建立
• 3.1 软件简介
• 3.1.1 LS-DYNA简介
• 3.1.2 Hypermesh简介
• 3.2 整车仿真模型的建立
• 3.2.1 几何模型简化
• 3.2.2 汽车碰撞模拟相关材料本构关系
• 3.2.3 点焊和螺栓连接处理
• 3.2.4 网格划分
• 3.3 乘员约束系统有限元模型
• 3.3.1 假人有限元模型
• 3.3.2 安全带模型
• 3.4 接触类型的设定
• 3.5 本章小结
• 第4章 车辆碰撞仿真分析
• 4.1 有限元模型的仿真计算
• 4.2 整车变形分析
• 4.3 零部件变形与吸能分析
• 4.3.1 前纵梁变形分析
• 4.3.2 前门框变形与吸能量分析
• 4.4 车身加速度分析
• 4.5 能量分析
• 4.5.1 整车能量分析
• 4.5.2 零部件能量分析
• 4.6 位移变化分析
• 4.6.1 车身位移变化分析
• 4.6.2 防火墙位移变化分析
• 4.6.3 保险杠变形分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 后碰撞过程中座椅头枕参数对颈部损伤的影响
• 5.1 后碰撞模型的建立
• 5.1.1 后碰撞模型的建立
• 5.1.2 后碰撞过程中刚性墙的初始速度的设定
• 5.2 头枕倾角对颈部损伤的影响
• 5.3 头枕与头部相对位置对颈部损伤的影响
• 5.3.1 头枕与头部水平距离对颈部损伤的影响
• 5.3.2 头枕与头部竖直距离对颈部损伤的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本论文研究工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢